i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

HOÀNG VĂN HOAN

NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN NƯỚC DƯỚI ĐẤT TRẦM

TÍCH ĐỆ TỨ VÙNG NAM ĐỊNH

Ngành: Kỹ thuật địa chất

Mã số: 62.52.05.01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

Hà Nội - 2014

ii

Công trình được hoàn thành tại:

Bộ môn Địa chất Thủy văn, Khoa Địa chất

Trường Đại học Mỏ - Địa chất

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1: PGS.TS. Phạm Quý Nhân, Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội 2: PGS.TS. Flemming Larsen, Cục Địa chất Đan Mạch

Phản biện 1: PGS.TS Đoàn Văn Cánh Hội Địa chất Thủy văn Việt Nam Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Văn Hoàng Viện hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Hồng Đức Trường Đại học Xây dựng

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường

tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Vào hồi ….. giờ … ngày … tháng… năm …..

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội

hoặc Thư viện Trường đại học Mỏ - Địa chất

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của luận án Việt Nam có đường bờ biển dài hơn 3.260km, khu vực ven biển là nơi tập

trung dân cư, kinh tế, giao thông quan trọng của đất nước. Nằm ở phía đông

nam đồng bằng Bắc Bộ (ĐBBB), trên địa bàn một số huyện thuộc tỉnh Nam

Định và Ninh Bình tồn tại thấu kính nước dưới đất (NDĐ) nhạt trong trầm tích

Kainozoi. Nguồn NDĐ này đang được khai thác để phục vụ cho ăn uống, sinh hoạt và sản xuất của nhân dân trong vùng. Trữ lượng khai thác tiềm năng

không lớn nhưng nhu cầu khai thác lớn, mực nước có xu hướng hạ thấp đáng

kể (0,5÷0,7m/năm). Nguy cơ xâm nhập mặn (XNM) đã và đang diễn ra do các

hoạt động khai thác NDĐ. Do vậy, cần phải nghiên cứu sự phân bố, hình

thành, biến đổi chất và lượng của thấu kính nước nhạt này nhằm phục vụ khai

thác bền vững, đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế của địa phương.

2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục đích: - Nghiên cứu quá trình hình thành thấu kính nước nhạt;

- Xác định hiện trạng phân bố mặn-nhạt NDĐ;

- Xác định cơ chế XNM tầng chứa nước (TCN) Pleistocen (qp);

- Đánh giá vai trò của các cơ chế trong quá trình xâm nhập mặn.

Nhiệm vụ: � Nghiên cứu cấu trúc địa chất (ĐC), địa chất thủy văn (ĐCTV);

� Phân tích, đánh giá và kết hợp các phương pháp địa vật lý (ĐVL) với

ĐCTV/thủy địa hóa, xác định hiện trạng mặn-nhạt;

� Nghiên cứu sự phân bố độ mặn trong lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển

và ảnh hưởng của nó tới TCN qp;

� Nghiên cứu, xác định cơ chế XNM thấu kính nước nhạt, TCN qp;

� Thiết lập mô hình dòng chảy, mô phỏng sự phân bố, dịch chuyển ranh

giới mặn-nhạt và dự báo diễn biến XNM.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: nước dưới đất, TCN qp vùng Nam Định;

2

Phạm vi nghiên cứu: diện phân bố thấu kính nước nhạt, TCN qp vùng Nam

Định và các khu vực liên quan.

4. Nội dung nghiên cứu � Xác định hiện trạng phân bố mặn-nhạt NDĐ;

� Lấy mẫu, phân tích thành phần hóa học (TPHH), thành phần đồng vị của

NDĐ, nước lỗ rỗng, nước mưa, nước mặt và nước biển;

� Xác định cơ chế XNM thấu kính nước nhạt trong TCN Pleistocen;

� Giải đoán các tài liệu địa vật lý, địa chất thuỷ văn;

� Khoan, lấy mẫu đất nguyên dạng, ép nước lỗ rỗng;

� Khoan các chùm lỗ khoan ĐCTV, hút nước thí nghiệm;

� Xây dựng mô hình dịch chuyển vật chất và dự báo XNM.

5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Cách tiếp cận: Tác giả luận án sử dụng các cách tiếp cận chính sau:

- Cách tiếp cận thực tế;

- Cách tiếp cận các kết quả nghiên cứu trước đó; - Cách tiếp cận các phương pháp nghiên cứu, đánh giá hiện đại.

Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp thủy địa hóa/thủy động lực: nghiên cứu, đánh giá mức độ

nhiễm mặn và các thông số địa chất thủy văn; - Phương pháp địa vật lý: xác định khả năng dẫn điện của đất đá;

- Phương pháp đồng vị: xác định tuổi, quan hệ thủy lực giữa các TCN và nguồn gốc của NDĐ;

- Phương pháp mô hình số: dự báo xâm nhập mặn NDĐ; - Phương pháp chuyên gia: trao đổi, học tập từ các chuyên gia.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Ý nghĩa khoa học: Luận án đã góp phần làm sáng tỏ quá trình hình thành,

nguồn gốc và nguồn bổ cập cho thấu kính nước nhạt. Xác định cơ chế XNM

và vai trò của các cơ chế trong quá trình XNM. Tác giả đã thiết lập được các phương trình tương quan giữa các thông số ĐCTV với thông số ĐVL và

đồng vị, là cơ sở áp dụng cho vùng nghiên cứu và các vùng có điều kiện

ĐCTV tương tự.

3 Ý nghĩa thực tiễn: Luận án đã xác định được hiện trạng phân bố mặn-nhạt

NDĐ, đánh giá và dự báo diễn biến XNM ở vùng nghiên cứu. Kết quả

nghiên cứu của luận án có thể là tài liệu tham khảo cho các nhà quản lý, quy

hoạch tài nguyên nước, các nhà hoạch định chính sách và các nhà khoa học

nhằm phục vụ khai thác và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên NDĐ quý

giá này.

7. Luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Nước nhạt trong TCN Pleistocen vùng Nam Định được hình

thành trong suốt lịch sử phát triển ĐC, ĐCTV của vùng và có sự bổ cập liên

tục bởi nước nhạt trong các thành tạo chứa nước bên dưới; nguồn bổ cập cho

thấu kính nước nhạt này từ phía tây và tây bắc.

Luận điểm 2: Thấu kính nước nhạt trong TCN Pleistocen vùng Nam Định

bị xâm nhập mặn do chênh lệch áp lực giữa vùng nước nhạt với vùng nước

mặn phía bắc và đông bắc; do lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển phủ bên trên

thông qua nhiều quá trình hóa lý, trong đó quá trình khuếch tán và phân dị trọng lực đóng vai trò chính.

8. Những điểm mới của luận án - Tác giả sử dụng các kết quả phân tích TPHH, thành phần đồng vị của

nước lỗ rỗng, kết hợp các kết quả địa vật lý lỗ khoan, xác định sự biến đổi độ dẫn điện, theo chiều sâu và phân tích các quá trình ảnh hưởng của chúng tới

TCN Pleistocen. - Luận án đã áp dụng các phương pháp ĐVL kết hợp với các phương pháp

ĐCTV để xác định hiện trạng phân bố mặn-nhạt của các nguồn mặn phân bố trong các TCN và lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển trong trầm tích Đệ tứ ở

vùng nghiên cứu. - Tác giả đã thiết lập được tương quan giữa các kết quả phân tích TPHH

của NDĐ (Cl-, TDS) với các thông số ĐVL (độ dẫn điện, điện trở suất của

khung đất đá); qua đó có thể xác định, đánh giá chất lượng NDĐ qua các thông số ĐVL.

9. Cơ sở tài liệu

9.1. Tài liệu thu thập:

4

Các tài liệu và thông tin được thu thập từ các đề tài, dự án khác nhau. Đó là

các báo cáo khoa học, báo cáo tổng kết đề tài đã công bố.

9.2. Kết quả thí nghiệm, nghiên cứu hiện trường và trong phòng thực hiện riêng phục vụ cho đề tài luận án:

Luận án đã sử dụng các nguồn số liệu, kết quả thí nghiệm hiện trường và

trong phòng do chính tác giả và các cộng tác viên trực tiếp tiến hành, phục vụ

riêng cho đề tài luận án bao gồm:

� Tài liệu xác định hiện trạng phân bố mặn-nhạt NDĐ: đo trường chuyển

(61 điểm) và các lỗ khoan nông (22 lỗ khoan);

� Các tài liệu đo ĐVL lỗ khoan của 16 lỗ khoan;

� Tài liệu xác định thông số ĐCTV của TCN qp từ kết quả khoan 02 chùm

và hút nước thí nghiệm tại 03 chùm lỗ khoan;

� Các kết quả phân tích TPHH của (59 mẫu TCN, 27 nước lỗ rỗng);

� Các kết quả phân tích thành phần đồng vị bền của nước trong TCN, nước

lỗ rỗng, nước mưa, nước mặt và nước biển (87 mẫu), đồng vị phóng xạ

(32 mẫu) và đồng vị khí trơ (8 mẫu) của NDĐ;

� Kết quả quan trắc động thái NDĐ.

10. Cấu trúc luận án Luận án gồm 160 trang với 20 biểu bảng, 94 hình vẽ và 122 tài liệu tham

khảo. Cấu trúc luận án như sau:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan nghiên cứu xâm nhập NDĐ

Chương 2: Sự hình thành thấu kính nước nhạt

Chương 3: Nghiên cứu hiện trạng phân bố mặn-nhạt NDĐ

Chương 4: Cơ chế XNM thấu kính nước nhạt, TCN Pleistocen

Chương 5: Diễn biến XNM thấu kính nước nhạt TCN Pleistocen

Kết luận và kiến nghị

11. Lời cảm ơn Luận án được hoàn thành tại Bộ môn Địa chất Thuỷ văn, Khoa Địa

chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, dưới sự hướng dẫn khoa học của

PGS.TS. Phạm Quý Nhân và PGS.TS. Flemming Larsen. Trong suốt thời gian nghiên cứu, viết luận án, tác giả cũng luôn nhận được sự giúp đỡ, góp ý, của

5 các thầy cô giáo Bộ môn Địa chất Thuỷ văn và các nhà khoa học: PGS.TS.

Nguyễn Văn Lâm, PGS.TS. Nguyễn Kim Ngọc, PGS.TS. Đoàn Văn Cánh,

PGS.TS. Phan Ngọc Cừ, TS. Đặng Đình Phúc, TS. Đặng Đức Nhận, PGS.TS.

Nguyễn Văn Đản, PGS.TS. Nguyễn Văn Hoàng, TS. Vũ Kim Tuyến, TS.

Nguyễn Thị Thanh Thủy, TS. Dương Thị Thanh Thủy, ThS. Kiều Thị Vân Anh,

GS.TS. Dieke Postma, TS. Frank Wagner, PGS.TS. Christiansen V. Anders,

ThS. Trần Vũ Long, ThS. Đặng Trần Trung, ThS. Nguyễn Thế Chuyên, ThS.

Trần Thành Lê và các đồng nghiệp trong dự án VietAS cũng như nhiều cán bộ

khoa học, chuyên môn trong và ngoài trường.

Một lần nữa tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với tất cả

những giúp đỡ quý báu đó!

Chương 1 - TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN NƯỚC DƯỚI ĐẤT

1.1. Tổng quan về nghiên cứu xâm nhập mặn NDĐ trên thế giới Trên cơ sở tổng hợp và phân tích kết quả của các công trình khoa học đã

được công bố về nghiên cứu XNM trên thế giới cho thấy, tất cả các công trình

nghiên cứu đều sử dụng kết hợp các phương pháp khác nhau để giải quyết một

vấn đề cụ thể nào đó như đánh giá hiện trạng, xác định nguyên nhân, giải pháp

khắc phục…

Nhận xét chung: Nguyên nhân gây nên XNM các thể chứa nước, thấu kính nước nhạt ở mỗi

khu vực có thể khác nhau, phụ thuộc vào điều kiện ĐC, ĐCTV, cũng như lịch

sử tiến hóa ĐC, ĐCTV của từng khu vực. Các công trình nghiên cứu đều sử

dụng nhiều phương pháp khác nhau. Tổng hợp các công trình nghiên cứu có

thể phân thành 4 nhóm phương pháp nghiên cứu chính được các nhà khoa học

sử dụng bao gồm:

� Nhóm phương pháp thủy địa hóa/thủy động lực; � Nhóm phương pháp đồng vị;

� Nhóm phương pháp địa vật lý;

� Nhóm phương pháp mô hình số.

6 1.2. Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn NDĐ ở Việt Nam

Xâm nhập mặn NDĐ đã và đang được các nhà khoa học Việt Nam quan

tâm, hiện tượng này xảy ra ở các vùng đồng bằng ven biển, dải cồn cát ven

biển và các hải đảo… do tác động của con người và các yếu tố biến đổi tự

nhiên của môi trường gây ra.

Nhận xét chung: Các nghiên cứu XNM thường được kết hợp trong các báo cáo đánh giá tài

nguyên NDĐ, chủ yếu là điều tra, khảo sát xác định ranh giới mặn-nhạt với

ranh giới TDS=1g/l, tính toán thời gian và tốc độ dịch chuyển ranh giới trên cơ

sở điều kiện địa chất thủy văn của vùng nghiên cứu và lưu lượng khai thác yêu

cầu. Các nghiên cứu trong nước thường áp dụng 3 nhóm phương pháp chính

bao gồm:

� Nhóm phương pháp thủy địa hóa/thủy động lực;

� Nhóm phương pháp địa vật lý;

� Nhóm phương pháp mô hình số.

1.3. Lịch sử nghiên cứu địa chất, ĐCTV vùng Nam Định Các nghiên cứu địa chất, địa chất thủy văn của vùng Nam Định luôn gắn

liền với lịch sử nghiên cứu của cả ĐBBB, bên cạnh đó đã có gần 20 đề tài dự

án đã được thực hiện tại vùng Nam Định. Các đề tài, dự án đã cho thấy bức

tranh tổng thể về điều kiện địa chất, địa chất thủy văn vùng Nam Định.

Chương 2 - SỰ HÌNH THÀNH THẤU KÍNH NƯỚC NHẠT

2.1. Vị trí vùng nghiên cứu Vùng nghiên cứu nằm ở phía đông nam ĐBBB, gồm khu vực tỉnh Nam

Định và các huyện Kim Sơn, Yên Mô, Yên Khánh, Gia Viễn tỉnh Ninh Bình.

Phía bắc giáp tỉnh Hà Nam, phía đông bắc giáp tỉnh Thái Bình, phía đông nam

giáp biển Đông.

2.2. Đặc điểm địa chất

2.2.1. Đặc điểm địa tầng 2.2.1.1. Đặc điểm địa tầng vùng Nam Định

Giới Proterozoi

7

Các thành tạo Proterozoi trong khu vực thuộc hệ tầng Sông Hồng, phân bố

rộng khắp trong vùng nghiên cứu. Thành phần khoáng vật gồm gnei biotit,

silimanit, granat…

Giới Mesozoi Các thành tạo Mesozoi trong vùng chủ yếu thuộc hệ Triat, thành phần là

đá vôi dạng khối, sáng màu, đá vôi sét, lộ trên mặt ở phía tây, tây bắc vùng

nghiên cứu, thuộc tỉnh Ninh Bình.

Giới Kainozoi - hệ Neogen - thống Pliocen Gồm các thành tạo của hệ tầng Vĩnh Bảo, Tiên Hưng. Thành phần trầm

tích gồm cát kết hạt nhỏ đến trung lẫn sạn sỏi, xen kẹp sét bột kết.

Hệ Đệ tứ

Thống Pleistocen, phụ thống dưới, hệ tầng Lệ Chi (amQ11lc)

Các trầm tích của hệ tầng Lệ Chi không lộ trên mặt, bắt gặp tại phần lớn

các lỗ khoan trong vùng nghiên cứu. Thành phần thạch học gồm cát sạn lẫn

bột, sét màu xám, xám tro. Chiều sâu phân bố của hệ tầng từ 79m đến 132,8m. Chiều dày thay đổi từ 4m đến 26,2m.

Thống Pleistocen, phụ thống giữa-trên, hệ tầng Hà Nội (a,amQ12-3hn)

Các trầm tích của hệ tầng Hà Nội phân bố rộng khắp trong vùng nghiên

cứu. Thành phần chủ yếu là cát, sạn sỏi xám xanh, xám vàng.

Thống Pleistocen, phụ thống trên, hệ tầng Vĩnh Phúc (a,am,mQ13vp)

Trong vùng nghiên cứu, các trầm tích Pleistocen trên thuộc hệ tầng Vĩnh

Phúc. Thành phần thạch học là cát, cát pha và sét, sét bột.

Thống Holocen, phụ thống dưới-giữa, hệ tầng Hải Hưng (mQ21-2hh)

Các trầm tích của hệ tầng Hải Hưng được chia làm 3 kiểu nguồn gốc.

Thành phần thạch học là cát, cát pha, bột, sét màu tím thẫm, xám xanh nhạt

xen lớp tàn tích thực vật.

Thống Holocen, phụ thống trên, hệ tầng Thái Bình (Q23tb)

Hệ tầng Thái Bình được phân chia chi tiết thành hai phụ hệ tầng. Thành

phần trầm tích chủ yếu là sét bột lẫn cát hạt mịn.

2.2.1.2. Đặc điểm địa tầng vùng thềm lục địa khu vực nghiên cứu

8

Trầm tích biển khu vực nghiên cứu theo kiểu trầm tích bãi triều cửa sông

châu thổ do thủy triều, có thành phần chủ yếu là cát, sạn, bột, sét, hạt mịn dần

theo hướng từ đất liền ra biển.

2.2.2. Đặc điểm cấu trúc địa chất vùng nghiên cứu

2.2.2.1. Đặc điểm cấu trúc địa chất vùng Nam Định Trong vùng nghiên cứu tồn tại hai hệ thống đứt gãy chính, vuông góc nhau

là hệ thống đứt gãy hướng tây bắc - đông nam (TB-ĐN) và hệ thống đứt gãy

hướng đông bắc - tây nam (ĐB-TN).

2.2.2.2. Đặc điểm cấu trúc địa chất phía tây vùng Nam Định Vùng nghiên cứu nằm ở rìa phía đông nam ĐBBB, nơi giáp ranh giữa các

thành tạo Đệ tứ và các thành tạo tuổi Triat, chủ yếu thuộc hệ tầng Đồng Giao

(T2ađg), là các đá có khả năng chứa và lưu thông nước rất tốt, với hệ thống các

đứt gãy theo hướng TB-ĐN, hướng cắm vào các thành tạo Kainozoi trong

vùng nghiên cứu.

2.2.2.3. Đặc điểm cấu trúc địa chất vùng thềm lục địa vùng NC Vùng nghiên cứu nằm ở khu vực phía tây bắc bể trầm tích sông Hồng, nơi

tập trung nhiều đứt gãy lớn hướng TB-ĐN.

2.3. Đặc điểm địa chất thủy văn

2.3.1. Các tầng chứa nước

2.3.1.1. TCN trong trầm tích Holocen trên (qh2) Phân bố trên toàn diện tích phần đồng bằng, thành phần đất đá chứa nước

gồm cát, cát pha của hệ tầng Thái Bình.

2.3.1.2. TCN trong trầm tích Holocen dưới (qh1) TCN này phân bố không đều khắp vùng nghiên cứu, không lộ ra trên mặt.

Thành phần đất đá chứa nước gồm cát hạt mịn, cát pha, bột sét có nguồn gốc

sông đầm lầy, đầm lầy biển, biển.

2.3.1.3. TCN Pleistocen (qp) TCN Pleistocen phân bố rộng khắp diện tích phần đồng bằng, thành phần

thạch học bao gồm cát sạn sỏi lẫn ít cuội đa khoáng thuộc hệ tầng Vĩnh Phúc,

Hà Nội và Lệ Chi.

2.3.1.4. TCN Pliocen (n2)

9

Phân bố rất rộng rãi khắp vùng nghiên cứu. Thành phần thạch học gồm cát

kết hạt nhỏ, hạt trung lẫn sạn kết, bột kết, sét kết. Mức độ gắn kết của đất đá

yếu. Nước tồn tại dưới dạng khe nứt-lỗ hổng.

2.3.1.5. TCN các trầm tích cacbonat, triat giữa (t2) Các thành tạo chứa nước này phân bố ở phía tây vùng nghiên cứu, đất đá

chứa nước là đá vôi khe nứt karst.

2.3.2. Các thành tạo địa chất nghèo nước, cách nước

2.3.2.1. Các thành tạo địa chất rất nghèo nước hệ tầng Hải Hưng Phân bố rộng khắp vùng nghiên cứu, thành phần là sét, sét bột, sét cát có

nguồn gốc biển có chiều dày từ 3m đến 40m, trung bình 13m.

2.3.2.2. Các thành tạo rất nghèo nước hệ tầng Vĩnh Phúc Phân bố rộng rãi trong vùng, thành phần thạch học chủ yếu là sét, sét bột

nguồn gốc biển, sông biển, chiều dày từ 7m đến 34m.

2.3.2.3. Các thành tạo địa chất nghèo nước đá biến chất Các thành tạo đá biến chất phức hệ sông Hồng, phân bố ở hầu khắp vùng

nghiên cứu, lộ trên mặt dưới dạng các đồi bát úp nằm rải rác khu vực núi Gôi,

núi Hổ, núi Xá… và phân bố sâu dần theo hướng ra biển.

2.3.3. Đặc điểm thuỷ địa hoá

2.3.3.1. Đặc điểm thuỷ hoá TCN qh1 và qh2 Phần lớn nước trong TCN qh2 có TDS>1g/l. Toàn bộ các điểm khảo sát

NDĐ trong TCN qh1 có TDS>1g/l.

2.3.3.2. Đặc điểm thuỷ hoá TCN qp Vùng nước nhạt chiếm diện tích khá lớn ở phía nam, đông nam, thuộc các

huyện Hải Hậu, Nghĩa Hưng và một phần của các huyện Giao Thuỷ, Nam

Trực, Trực Ninh, Ý Yên, Kim Sơn, Yên Khánh. Vùng nước nhạt phân bố trên

phần đất liền và cả ở phần thềm lục địa gần bờ; vùng nước mặn phân bố ở phía

đông bắc và phía giáp tỉnh Thái Bình. Loại hình hoá học chủ yếu là Clorua

Natri.

2.3.4. Cấu trúc địa chất thủy văn vùng nghiên cứu Vùng nghiên cứu nằm sát biển, có hai loại địa hình: Loại 1: núi đá vôi, độ

cao trung bình thuộc địa phận Ninh Bình, nằm trong đới nâng Tây Nam; loại

10 2: địa hình bằng phẳng, nằm trong trũng Hà Nội, chịu tác động mạnh của cả

sông và biển.

Trong các thành tạo trước Kainozoi đã phát hiện khá nhiều đứt gãy kiến tạo

phát triển theo hai hướng chính là TB-ĐN và ĐB-TN, các đứt gãy này đã chia

đá gốc thành các khối nâng hạ khác nhau và được thành tạo Kainozoi phủ bên

trên. Các đứt gãy kiến tạo đóng vai trò là những kênh dẫn nước từ các vùng

núi cao thuộc đới nâng Tây Nam và có khả năng thoát ngầm vào các thành tạo

Neogen và Đệ tứ.

2.4. Quá trình hình thành thấu kính nước nhạt

2.4.1. Quá trình tiến hóa trầm tích trong Kainozoi Điều kiện địa chất, ĐCTV, lịch sử phát triển và cấu trúc ĐC, ĐCTV là các

yếu tố tự nhiên quyết định sự hình thành thấu kính nước nhạt.

2.4.1.1. Giai đoạn phát triển trầm tích trong Neogen Các trầm tích hệ tầng Tiên Hưng, Vĩnh Bảo được thành tạo và lấp đầy các

vùng trũng. Thành phần trầm tích bao gồm sét kết, bột kết, cát kết lẫn sạn, có tướng biển nông ven bờ.

2.4.1.2. Giai đoạn phát triển trầm tích trong Đệ tứ Vùng nghiên cứu nằm ở nơi tiếp giáp giữa đồng bằng và biển. Do tác dụng

tương hỗ giữa sông và biển, tại đây vùng tiền tam giác châu được hình thành.

2.4.2. Giả thiết về quá trình hình thành thấu kính nước nhạt - Vào thời kỳ Pliocen muộn, khoảng 1,8 triệu năm trước đây (BP), nước

biển rút ra, vùng nghiên cứu tồn tại môi trường lục địa, thành tạo chứa nước hệ

tầng Vĩnh Bảo, TCN này được cung cấp bởi nước mưa và các TCN bên dưới

cung cấp theo các đứt gãy, khe nứt karst.

- Sang đầu Pleistocen sớm, nước biển tiến vào thành tạo hệ tầng Lệ Chi,

vùng nghiên cứu thuộc vùng cửa sông, nước có tổng khoáng hóa cao hơn có

thể xâm nhập vào TCN Neogen.

- Thời kỳ Pleistocen giữa-muộn, biển lùi ra xa dần khỏi vùng nghiên cứu,

mực nước biển thấp hơn mực nước biển hiện nay lớn nhất khoảng 120m, thành tạo hệ tầng Hà Nội. Quá trình xâm thực diễn ra mạnh mẽ, đồng thời quá

trình lắng đọng trầm tích sông, quá trình thấm của nước mưa, nước mặt và nước cấp từ đá gốc.

11

- Vào cuối Pleistocen, khoảng 15.000 đến 14.000 năm BP, mực nước biển

bắt đầu dâng cao, bắt đầu thời kỳ biển tiến Flandrian, trầm tích Pleistocen

vùng Nam Định bắt đầu bị chìm trong nước biển.

- Thời kỳ biển tiến Holocen, vào khoảng thời gian 6.000 năm BP, thời kỳ

này mực nước biển lên cao nhất. Khi nước biển tràn lên, các trầm tích hạt mịn

được lắng đọng, ngăn cách nước biển với nước trong TCN Pleistocen trước đó

và biến TCN Pleistocen thành TCN có áp.

- Thời kỳ biển thoái trong Holocen, khoảng 4.000 năm BP, mực nước

biển bắt đầu hạ dần, gradien thủy lực trong các TCN giữa nguồn cấp từ các

thành tạo đá gốc phía tây bắc và các trầm tích Đệ tứ tăng lên; dòng nước nhạt

thắng thế và thay thế nước mặn trong các TCN.

2.5. Nguồn bổ cập cho thấu kính nước nhạt

2.5.1. Phương pháp nghiên cứu Áp dụng kỹ thuật đồng vị kết hợp nghiên cứu cấu trúc ĐC, ĐCTV, xác

định hướng vận động của NDĐ trong các thành tạo Đệ tứ và trước Đệ tứ, nghiên cứu nguồn gốc, quan hệ thủy lực giữa các TCN.

* Nghiên cứu nguồn gốc NDĐ trên cơ sở thành phần đồng vị bền Hydro và Oxy là thành phần cấu tạo của phân tử nước, có hai đồng vị bền

là Deuteri (D hay 2H) và 18O. Trong tự nhiên, thành phần đồng vị của nước sẽ

thay đổi trong các quá trình chuyển pha.

* Nghiên cứu hướng dòng chảy NDĐ bằng phương pháp định tuổi, sử dụng các đồng vị phóng xạ

Xác định tuổi của NDĐ bằng kỹ thuật đồng vị dựa trên cơ sở phân rã của

các đồng vị phóng xạ có trong thành phần của phân tử nước hoặc trong thành

phần của các chất hoặc khoáng chất tan trong nước.

2.5.2. Kết quả nghiên cứu

2.5.2.1. Thành phần đồng vị bền của các mẫu nước nghiên cứu Thành phần đồng vị bền của nước trong TCN với δ2H thay đổi từ -

72,58‰ đến -2,12‰ và δ18O thay đổi từ -8,99‰ đến -0,86‰, cho thấy nước trong TCN có cả nguồn gốc biển và nguồn gốc khí tượng.

2.5.2.2. Hoạt độ phóng xạ của 14C và thành phần đồng vị bền 13C

12

Tỷ số hoạt độ phóng xạ (14a) của đồng vị 14C trong hợp chất Cacbon vô cơ

(DIC) của các mẫu nước ở độ sâu khác nhau cho thấy thời gian lưu của nước

trong TCN khác nhau. Đồng vị bền 13C đóng vai trò chất chỉ thị trong việc xác

định nồng độ ban đầu của mẫu nghiên cứu.

2.5.2.3. Kết quả nghiên cứu đồng vị khí trơ và Triti Các đồng vị khí trơ và Triti cho phép xác định thời gian lưu của nước

trong TCN đến 1.500 năm. Các mẫu tại các lỗ khoan trên tuyến mặt cắt CD

(hình 4.4) có giá trị giảm dần theo hướng từ tây-bắc xuống đông-nam, điều

này cho thấy thời gian lưu của NDĐ tăng theo hướng từ tây-bắc xuống đông-

nam.

2.5.3. Phân tích và thảo luận kết quả

2.5.3.1. Nguồn bổ cập và nguồn gốc NDĐ trong vùng nghiên cứu Thành phần đồng vị bền của nước trong TCN qp ở một số cụm quan trắc

được bổ cập từ tầng Neogen và Triat. Đồng vị bền của nước trong TCN qp

nằm sát đường nước khí tượng địa phương, cho thấy nước trong TCN qp ở các vị trí này được bổ cập từ nước khí tượng.

2.5.3.2. Xác định hướng dòng chảy NDĐ trên cơ sở kết quả xác định thời gian lưu của nước trong TCN

Kết quả phân tích thành phần đồng vị phóng xạ 14C và thời gian lưu của

nước tại các lỗ khoan trong các TCN Neogen và Triat trên toàn vùng nghiên

cứu cho thấy: thời gian lưu của nước trong TCN qp lớn nhất đạt 12.900 năm và nhỏ nhất là 1.100 năm (hình 2.1). Nước nhạt trong TCN qp ở trung tâm của

phễu hạ thấp có thời gian lưu lớn nhất.

Hình 2.1: Mô hình khái niệm về hướng vận động của NDĐ từ kết quả phân tích thành phần đồng vị theo mặt cắt CD (trên hình 4.4)

6.000

11.300

7.400

3.3003H = 0,7 TU

850

1.1003H = 0,37 TU

n−íc hiÖn t¹i(3H = 2,03 TU)

0m

-150

-200

-250

D

50

93,6m

12m

100

-100

-300

- Tuæi cña n−íc d−íi ®Êt (n¨m)

qp

PR PR

qp

-50

n¤n¤

850

Q108 LK35 Q109 LK54 Q110 Q111

170,6m

80m

150m

248m

§Êt ®¸ thÊm n−íc kÐm hoÆc kh«ng thÊm n−íc;

§íi dËp vì kiÕn t¹o

TÇng chøa n−íc ®Êt ®¸ bë rêi;

H−íng dÞch chuyÓn n−íc d−íi ®Êt

100m

n¤t¤

t¤

GV01

Q92

LK14

TÇng chøa n−íc khe nøt, karst;

C

-150

100

50

0m

-50

-100

-200

-250

-300

67m

70m

13

Nước trong TCN nứt nẻ, karst có hướng vận động theo hướng TB-ĐN và

từ hướng tây, tây-bắc ra biển. Với việc kết hợp giữa nghiên cứu đặc điểm địa

chất, địa hình địa mạo, ĐCTV với các kết quả nghiên cứu đồng vị (14C, 3H, 39Ar/40Ar, 3He) tại các cụm lỗ khoan quan trắc theo tuyến mặt cắt CD cho thấy

xu hướng nước càng sâu tuổi càng trẻ. Vận động của NDĐ từ thành tạo Triat

đến TCN qp theo 3 cách:

1) Nước trong thành tạo Triat cung cấp trực tiếp cho TCN qp;

2) Nước trong thành tạo Triat qua Neogen cung cấp cho TCN qp;

3) Nước trong thành tạo Triat cung cấp cho Neogen qua các đứt gãy trong

thành tạo Proterozoi và tới TCN qp.

Chương 3 - NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG PHÂN BỐ MẶN NHẠT NƯỚC DƯỚI ĐẤT

3.1. Cơ sở lựa chọn phương pháp áp dụng Tính chất mặn-nhạt của nước phụ thuộc vào tổng hàm lượng các muối hòa

tan trong nước. Điều này thể hiện qua khả năng dẫn điện hay ĐTS của nước.

Do vậy, xác định độ dẫn điện (hay ĐTS) của nước có thể đánh giá được tính

chất, mức độ mặn-nhạt của nước.

3.1.1. Điện trở suất của TCN Loại dẫn điện trong đất đá trầm tích là loại dẫn điện điện tử và dẫn điện

ion, xảy ra ở phần khung của khoáng vật tạo đá, hay nói cách khác phần tử tải

điện là các electron.

3.1.2. Cơ sở phương pháp trường chuyển Phương pháp trường chuyển nghiên cứu trường thứ sinh do các dòng cảm

ứng xuất hiện trong đất đá nghiên cứu.

3.1.3. Cơ sở phương pháp đo cảm ứng (đo độ dẫn điện) Phương pháp đo độ dẫn điện (induction) đo khả năng dẫn điện của đất đá

nghiên cứu. Bản chất của phương pháp là nghiên cứu hiện tượng cảm ứng điện từ của đất đá (thành hệ) xung quanh thành lỗ khoan.

3.2. Kết quả áp dụng phương pháp trường chuyển 3.2.1. Vị trí khu vực khảo sát

14

Do điều kiện vùng nghiên cứu tương đối rộng, việc áp dụng các dạng công

tác, phương pháp nghiên cứu khác nhau không cho phép thực hiện trên toàn

bộ vùng. Vị trí lựa chọn áp dụng các phương pháp cho nơi có biến đổi lớn

nhất thuộc huyện Giao Thủy và Xuân Trường.

3.2.2. Kết quả khảo sát Sử dụng các phần mềm SiTEM/SEMDI phân tích định lượng các điểm đo,

kết hợp các kết quả phân tích TPHH của NDĐ, thiết lập phương trình hồi qui

và kiểm chứng xác định giới hạn mặn-nhạt khu vực nghiên cứu. Ranh giới của

miền giá trị mặn-nhạt là 12,2ohm.m.

3.2.3. Phân tích kết quả khảo sát Lớp thứ nhất: có giá trị điện trở suất tương đối cao;

Lớp thứ hai: phân bố, đóng vai trò như lớp chuyển tiếp;

Lớp thứ ba: có giá trị ĐTS rất nhỏ, từ 0,6ohm.m đến 2,2ohm.m;

Lớp thứ tư: khoảng biến đổi lớn, ĐTS nhỏ dần từ tây sang đông.

Lớp thứ năm: có ĐTS tương đối cao (từ 12÷35ohm.m).

3.3. Kết quả xác định phân bố mặn-nhạt NDĐ bằng phương pháp ĐVL lỗ khoan

3.3.1. Vị trí khảo sát và khối lượng thực hiện Các lỗ khoan đo ĐVL lỗ khoan (karota) phân bố đều trên phạm vi vùng

nghiên cứu, khối lượng thực hiện gồm 16 lỗ khoan.

3.3.2. Kết quả XĐ hiện trạng phân bố mặn-nhạt theo chiều sâu Kết quả đo đạc, phân tích TPHH nước lỗ rỗng đã cho thấy phân bố độ mặn

(TDS) trong NDĐ rất cao (hơn 37g/l) trong lớp thấm nước yếu, giá trị lớn nhất

ở giữa lớp và giảm dần về phía mặt lớp và đáy lớp.

3.4. Kết quả khoan khảo sát địa chất thủy văn Các lỗ khoan khảo sát ĐCTV nhằm thiết lập các cặp tương quan hồi quy

giữa giá trị ĐTS với TDS, phân tích TPHH của nước, đánh giá hiện trạng phân

bố mặn-nhạt của nước trong các TCN nghiên cứu.

3.5. Kết quả phân tích TPHH nước lỗ rỗng Kết quả phân tích 27 mẫu nước lỗ rỗng, được ép từ lớp trầm tích thấm

nước yếu nguồn gốc biển, tại 02 vị trí lấy mẫu VietAS_ND01 và

15 VietAS_ND02 đã làm sáng tỏ được TPHH, xác định được khả năng tương

quan về độ dẫn điện của nước lỗ rỗng và độ dẫn điện của tầng, hệ số tương

quan cao (R2 = 0,9262). Kết quả này cho thấy độ dẫn điện của lớp thấm nước

yếu nguồn gốc biển vùng Nam Định là do nước lỗ rỗng chi phối. Sự phân bố

TDS của nước lỗ rỗng (hình 3.1) giá trị lớn ở giữa lớp (hơn 37g/l), nhỏ dần về

phía mặt lớp và đáy lớp.

Hình 3.1: Mặt cắt thủy địa hóa GH - phân bố hàm lượng TDS của nước lỗ rỗng

trong lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển (vị trí tuyến trên hình 4.4)

3.6. Tổng hợp kết quả xác định hiện trạng phân bố mặn-nhạt Kết quả tổng hợp các tài liệu nghiên cứu vùng Nam Định (hình 3.2):

- Nước trong TCN Holocen trên (qh2), đa số mẫu có TDS>1g/L.

- TCN Holocen dưới (qh1) đã bị nhiễm mặn hoàn toàn.

- TCN Pleistocen có ranh giới mặn-nhạt nằm về phía bắc và đông bắc và

phía tây nam của thấu kính (hình 4.4).

- Các kết quả khảo sát đều cho thấy các trầm tích hạt mịn (sét, sét pha) có

hàm lượng TDS rất lớn, phân bố trên toàn bộ diện tích vùng nghiên cứu, hàm

lượng TDS giảm dần về phía nóc và đáy lớp.

Hình 3.2: Mô hình khái niệm phân bố mặn-nhạt theo tuyến mặt cắt AB

-150

0m

-50

-100

-200

-250

-300

-250

0m

-50

-100

-150

-200

-300

110

qh£

BQ225ALK63

150n¤

Q226N

qh¤

151

170155

LK55Q227A

qh¤

TuyÕn mÆt c¾t AB

PR

qp

n¤

248

LK54

qh£

LK53 Q228A

120

170

qp

150

qh¤

n¤

Q229NLK48LK47

T¤PR

140

T¤

A

66

G H

16

Chương 4 - CƠ CHẾ XÂM NHẬP MẶN THẤU KÍNH NƯỚC NHẠT TẦNG CHỨA NƯỚC PLEISTOCEN

4.1. Cơ sở lý thuyết về dịch chuyển chất hòa tan trong NDĐ

4.1.1. Các quá trình dịch chuyển chất hòa tan

4.1.1.1. Quá trình dịch chuyển đối lưu Quá trình các chất hoà tan được vận chuyển theo dòng chảy NDĐ được gọi

là dịch chuyển đối lưu.

4.1.1.2. Quá trình phân tán

a. Quá trình phân tán cơ học Quá trình phân tán cơ học học là quá trình các chất hòa tan dịch chuyển

qua môi trường lỗ hổng và theo 2 phương: dọc và ngang.

b. Quá trình phân tán thuỷ động lực Quá trình phân tán thủy động lực bao gồm hai quá trình kết hợp nhau là

phân tán cơ học và khuếch tán phân tử. Thông số đặc trưng cho quá trình này

là các hệ số phân tán thuỷ động lực (DL và DT).

4.1.1.3. Quá trình khuếch tán phân tử Khuếch tán phân tử xảy ra khi có sự chênh lệch nồng độ. Các tính toán của

luận án trên cơ sở định luật Fick trong môi trường trầm tích.

4.1.1.4. Các quá trình thủy địa hóa liên quan khác Các quá trình khác liên quan khác có thể xảy ra bao gồm: quá trình hấp

phụ, phân rã, các phản ứng Axít/bazơ, sự liên kết các ion thành các phần tử

trung tính, các phản ứng ôxy hóa khử, các quá trình kết tủa, hòa tan và các quá

trình hấp thụ và quá trình trao đổi ion.

4.1.2. Đặc trưng của dịch chuyển mặn trong NDĐ 4.1.2.1. Ảnh hưởng của tỷ trọng đến sự phân bố của nước mặn

Ảnh hưởng của tỷ trọng chất lỏng đến sự phân bố trong không gian

theo mô hình quan hệ của Ghyben-Herzberg (H=40h).

4.1.2.2. Dịch chuyển chất hòa tan do chênh lệch về tỷ trọng Dịch chuyển chất hòa tan do chênh lệch tỷ trọng chất lỏng chủ yếu bị ảnh

hưởng bởi lực hấp dẫn. Định luật Darcy viết cho dịch chuyển vật chất do ảnh

hưởng của tỷ trọng chất lỏng là cơ sở tính toán, đánh giá định lượng XNM

TCN qp từ lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển.

17 4.2. Cơ chế XNM thấu kính nước nhạt, TCN qp vùng Nam Định

4.2.1. Khái niệm chung và định hướng nghiên cứu cơ chế XNM thấu kính nước nhạt, TCN Pleistocen

4.2.1.1. Khái niệm chung Cơ chế XNM là các phương thức hoặc cách thức xâm nhập của nước mặn

vào các thể địa chất chứa nước nhạt (làm tăng nồng độ muối của nước) trong

tầng chứa hoặc thấu kính nước nhạt.

4.2.1.2. Định hướng nghiên cứu cơ chế XNM NDĐ trong trầm tích Đệ tứ vùng Nam Định

Trên cơ sở tham khảo các nghiên cứu trước đây cho thấy định hướng

nghiên cứu phù hợp khi làm rõ được các yếu tố sau:

1) Trong vùng nghiên cứu tồn tại những nguồn mặn nào?

2) Phân bố của các nguồn mặn này so với TCN nghiên cứu?

3) Ảnh hưởng của các nguồn mặn đến các TCN?

Các kết quả nghiên cứu địa chất, địa chất thủy văn, thủy địa hóa cho thấy

trong vùng nghiên cứu tồn tại 3 nguồn mặn chính là:

- Nước mặn phân bố trên bề mặt (nước biển);

- Nước mặn nằm trong cùng TCN Pleistocen với nước nhạt;

- Nước mặn trong lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển.

4.2.2. Xâm nhập mặn TCN Pleistocen do ảnh hưởng của lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển

4.2.2.1. Sự phân bố của lớp thấm nước yếu Sự phân bố của lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển được xác định trên cơ

sở tài liệu đo địa vật lý lỗ khoan kết hợp với các tài liệu khoan thăm dò, lớp

này nằm dưới TCN qh2 và nằm trên TCN qp, thuộc hệ tầng Hải Hưng và hệ

tầng Vĩnh Phúc. Chiều dày thay đổi từ 20÷95m.

4.2.2.2. Sự phân bố độ mặn trong lớp thấm nước yếu Các kết quả phân tích và tính toán sự phân bố độ mặn trong lớp thấm

nước yếu nguồn gốc biển đã được trình bày chi tiết trong chương 3. Sự phân

bố độ mặn theo mặt cắt cho thấy hàm lượng TDS lớn nhất phân bố ở độ sâu từ 20m đến 30m (hơn 37g/l) và giảm dần về phía mặt và đáy của lớp thấm nước yếu.

4.2.2.3. Kết quả phân tích thành phần đồng vị bền nước lỗ rỗng

18

Kỹ thuật đồng vị ứng dụng trong nghiên cứu này nhằm xác định khả năng

hòa trộn của nước có nguồn gốc khí tượng (nước trong TCN) và nước có

nguồn gốc biển (nước trong lớp thấm nước yếu). Các kết quả phân tích cho

thấy nước lỗ rỗng trong lớp thấm nước yếu hiện nay vừa có nguồn gốc biển,

vừa có nguồn gốc khí tượng (hình 4.2).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-8 -6 -4 -2 0

δ 18O (‰)

Dep

th (

m)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0

δ 2H (‰)

Dep

th (

m)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20000 40000 60000

EC (µS/cm)

De

pth

(m

)

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

-12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

δ18

O (‰)

δ2H

(‰

)

VietAS_ND01 VietAS_ND02

Nước biển Tầng chứa nước qp

Đường nước khí tượng địa phương

Hình 4.1: Phân bố theo chiều sâu của

đồng vị bền và EC tại LK VietAS_ND01 Hình 4.2: Thành phần đồng vị bền nước lỗ rỗng, nước biển và TCN qp

4.2.2.4. Kết quả xác định hệ số khuếch tán Thí nghiệm xác định hệ số khuếch tán của Clo (NaCl) trong môi trường

trầm tích (lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển) trên cơ sở xác định sự biến đổi

nồng độ NaCl (EC) theo thời gian tại bề mặt tiếp xúc giữa mẫu thí nghiệm và

nước. Giá trị trung bình là De = 0,6*10-9m2/s.

4.2.2.5. Kết quả mô hình SEAWAT Kết quả mô hình 1 chiều mô phỏng sự phân bố hàm lượng muối theo thời

gian với các hệ số thấm khác nhau của lớp thấm nước yếu, đánh giá ảnh hưởng

của hệ số thấm tới phân bố và vận động của muối do khuếch tán phân tử cũng

như phân dị trọng lực.

4.2.2.6. Cơ chế XNM TCN Pleistocen do ảnh hưởng của lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển

Từ kết quả đo ĐVL lỗ khoan và kết quả phân tích TPHH của nước lỗ rỗng (hình 4.3), cũng như các đồ thị tương quan cho thấy độ dẫn điện của khung đất

đá bị chi phối bởi nước lỗ rỗng; kết quả đo địa vật lý lỗ khoan hoàn toàn có thể

(δ18O) (δ2H) (EC)

Nước dưới đất, tầng qp

Nước biển

Nước lỗ Nước lỗ rỗng

19 sử dụng để xác định dịch chuyển mặn của nước lỗ rỗng trong lớp trầm tích

biển xuống TCN qp.

Các kết quả nghiên cứu cho thấy sự dịch chuyển mặn ảnh hưởng bởi hai

quá trình chính là khuếch tán phân tử và phân dị trọng lực; phía mặt lớp bị

chi phối chủ yếu là do khuếch tán phân tử và phía đáy lớp bị ảnh hưởng bởi

cả phân dị trọng lực và khuếch tán phân tử.

Hình 4.3: Phân bố độ dẫn điện, Cl-, δ18O trên cơ sở kết quả phân tích TPHH nước lỗ

rỗng và kết quả đo karota tại lỗ khoan VietAS_ND01

4.2.3. XNM thấu kính nước nhạt, TCN Pleistocen do ảnh hưởng của chênh lệch mực nước

4.2.3.1. Thành phần thạch học TCN Pleistocen Qua kết quả khảo sát địa chất, kết quả phân tích thành phần hạt các mẫu

trầm tích TCN Pleistocen cho thấy, thành phần thạch học chủ yếu là cát lẫn

sạn sỏi với độ lỗ hổng tính toán đạt từ 0,25 đến 0,39.

4.2.3.2. Thông số địa chất thủy văn của TCN Pleistocen Kết quả bơm hút nước thí nghiệm tại 03 chùm lỗ khoan thí nghiệm Q227,

VietAS_ND01 và VietAS_ND02 cho thấy đây là tầng giàu nước, hệ số dẫn

nước dao động từ 1264 m2/ng đến 1549m2/ng.

20

Hình 4.4: Sơ đồ đẳng áp (năm 2012) và hướng vận động của NDĐ trong TCN Pleistocen vùng Nam Định

4.2.3.3. Hạ thấp mực nước và hướng dòng chảy TCN Pleistocen Theo kết quả từ mạng quan trắc quốc gia từ năm 1994 đến năm 2014 cho

thấy, mực NDĐ TCN Pleistocen ở đây đang giảm mạnh, với tốc độ từ

0,5÷0,7m/năm. Gradien thủy lực từ ranh giới mặn-nhạt đến trung tâm phễu hạ

thấp trong vùng theo hướng bắc là 0,00042 và theo hướng đông bắc là 0,00039

(hình 4.4).

Tóm Lại: Các cơ chế xâm nhập mặn NDĐ, TCN qp, trầm tích Đệ tứ vùng

Nam Định hiện nay bao gồm: 1) XNM theo phương thẳng đứng do ảnh hưởng

của lớp thấm nước yếu (sét, sét pha) nguồn gốc biển; 2) XNM theo phương

ngang (trong TCN Pleistocen) do chênh lệch mực nước giữa vùng nước mặn

và vùng nước nhạt (hình 4.5).

Hình 4.5: Mặt cắt mô phỏng cơ chế XNM vùng Nam Định ở thời điểm hiện tại (theo tuyến mặt cắt AB trên hình 4.4)

B

§íi chøa n−íc kÐm

QQ QQ

Vïng TDS < 1g/l Vïng TDS = 1 - 3g/l Vïng TDS = 3 - 8g/l Vïng TDS > 8g/l

QA

n¤

-100

-150

-200

-250

-300

3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l3 g

/l

qh¤0m

-50

1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l1 g

/l

qp

qh¤

PR

n¤

qp

qh¤

n¤

T¤PR-250

T¤-100

-300

-150

-200

0m

-50

H−íng dÞch chuyÓn n−íc mÆn

H−íng dÞch chuyÓn n−íc mÆn

H−íng dÞch chuyÓn n−íc nh¹t

20

60

100

269.

.180

karst

karst

.389

200

489

b i Ó n

® «

n g

225

28

48

38

0 5 Km 10

*

36 46 56

36

66

58

68

16 26

269686

86

16

18

28

38

48

58

06

06

68

96

08

48

38

56 66

08

18

28

TÇng chøa n−íc ®Êt ®¸ nøt nÎ, karstTÇng chøa n−íc ®Êt ®¸ bë rêi

Lç khoan tÇng qp§−êng ®¼ng mùc n−íc (m)

*

36 46 56

36 46

BiÓn, s«ng ngßi, kªnh m−¬ngH−íng dßng ngÇm

chó gi¶ichó gi¶ichó gi¶ichó gi¶i

66

58

68

16 26

269686

86

16

18

28

38

48

58

06

06

68

96

08

66

08

18

28

66

58

68

56

56

TuyÕn C

TuyÕn A

TuyÕn B

TuyÕn D

36 46

4636

48

38

16

48

58

08

18

26

269686

86

16

68

38

06

96 06

28

GV01GV01

Q108b

Q109a

Q110a

Q92

ND01

ND02

Q221a

Q222b

Q223a

Q224a

Q225aQ226a

Q227a

Q228a

Q229a

Tuyến đo trường chuyển

Điểm quan trắc mặn nhạt

Ranh giới mặn nhạt tầng qp

21 Chương 5 - DIỄN BIẾN XÂM NHẬP MẶN THẤU KÍNH NƯỚC NHẠT

TẦNG CHỨA NƯỚC PLEISTOCEN

5.1. Xâm nhập mặn TCN qp do ảnh hưởng lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển

5.1.1. Xâm nhập mặn do ảnh hưởng của quá trình khuếch tán phân tử và phân dị trọng lực

Kết quả tính toán ảnh hưởng do khuếch tán và phân dị trọng lực, dòng mặn

ảnh hưởng dao động từ 0,11 đến 0,22g/m2/năm.

5.1.2. Giới hạn xảy ra quá trình khuếch tán và phân dị trọng lực

5.1.2.1. Điều kiện giới hạn xảy ra quá trình khuếch tán phân tử Quá trình khuếch tán phân tử trong môi trường trầm tích dừng lại khi

gradien nồng độ bằng 0, hay không có chênh lệch nồng độ.

5.1.2.2. Điều kiện giới hạn xảy ra quá trình phân dị trọng lực Quá trình phân dị trọng lực không xảy ra trong đất đá không thấm nước và

khi áp lực tầng dưới lớn hơn tầng trên ≥10m.

5.2. Diễn biến XNM thấu kính nước nhạt, TCN Pleistocen do ảnh hưởng của khai thác

5.2.1. Tính toán dịch chuyển biên mặn theo tài liệu quan trắc NDĐ

a) Dịch chuyển biên mặn theo kết quả tài liệu xác định hiện trạng Diễn biến XNM khu vực phía tây bắc thấu kính nước nhạt có biến đổi, tuy

nhiên không đáng kể. Biến động lớn nhất xảy ra ở khu vực phía đông bắc,

khoảng cách dịch chuyển ranh giới mặn-nhạt về phía vùng nhạt tới 4km trong vòng 15 năm, tốc độ đạt 0,27km/năm.

1001

15861668

506.94

755.6 779.97

238.0319.5

377.7

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Jan-09 Jul-09 Jan-10 Jul-10 Jan-11 Jul-11 Jan-12

Thời gian

Hà

m lư

ợn

g (

mg

/L)

TDS

Cl-

Na+

Hình 5.1: Số liệu quan trắc TPHH NDĐ tầng qp tại ranh giới mặn-nhạt (vị

trí điểm quan trắc trên hình 4.4)

22

b) Dịch chuyển biên mặn theo kết quả tính toán gradien thủy lực Tốc độ dịch chuyển biên mặn được xác định trên cơ sở gradien thuỷ lực từ

ranh giới mặn-nhạt đến trung tâm phễu hạ thấp, tốc độ dịch chuyển biên mặn

từ các phía của trung tâm phễu hạ thấp: phía tây bắc: 0,029m/ng; phía bắc:

0,042m/ng; phía đông bắc: 0,039m/ng.

5.2.2. Kết quả dự báo XNM thấu kính nước nhạt, TCN Pleistocen bằng phương pháp mô hình số

5.2.2.1. Mô hình dòng chảy NDĐ Mô hình dòng chảy NDĐ vùng Nam Định được xây dựng bằng phương

pháp sai phân hữu hạn, trên phần mềm GMS 9.1.4. Các thông số ĐCTV của

các lớp được sử dụng trên cơ sở các kết quả điều tra khảo sát ĐCTV từ các đề

tài, dự án trước đây và do chính tác giả thực hiện cho mục đích nghiên cứu của

đề tài luận án. Mô hình dòng chảy xây dựng theo hai kịch bản; kịch bản thứ

nhất: giữ nguyên lưu lượng khai thác, kịch bản thứ hai: tăng lưu lượng khai

thác theo tốc độ gia tăng dân số (tốc độ gia tăng dân số được tính toán trên cơ

sở hàm xu thế được xây dựng từ số liệu thống kê dân số từ năm 1994 đến

2009.

5.2.2.2. Mô hình dự báo XNM vùng Nam Định Mô hình dịch chuyển vật chất dự báo XNM được xây dựng với thời điểm

ban đầu là năm 2012 với hàm lượng TDS ban đầu được lấy theo kết quả xác định hiện trạng phân bố mặn-nhạt (ở chương 3). Diễn biến XNM được xây

dựng trên cơ sở 2 kịch bản của mô hình dòng chảy NDĐ, dự báo diễn biến XNM tại thời điểm năm 2020, 2030 và 2050.

Các điểm quan trắc sự biến đổi hàm lượng TDS trong mô hình theo thời gian được lấy cho 3 vị trí đặc trưng cho 3 vùng (mặn, lợ, nhạt). Nhìn chung,

tất cả các vị trí quan trắc diễn biến hàm lượng TDS đều tăng ở cả hai kịch bản.

5.3. Giải pháp khắc phục, hạn chế XNM vùng Nam Định 5.3.1. Giải pháp khắc phục, hạn chế XNM Nguyên nhân chính gây ra XNM tầng qp là do chênh lêch mực nước giữa

vùng nước nhạt và vùng nước mặn. Do vậy, giải pháp khắc phục, hạn chế xâm

nhập mặn được đề xuất trên cơ sở 2 nguyên tắc:

� Giảm chênh lệch mực nước giữa vùng mặn và vùng nhạt;

23

� Ngăn chặn dòng chảy ngầm từ vùng mặn sang vùng nhạt.

5.3.2. Giải pháp khai thác, sử dụng NDĐ Giải pháp khai thác, sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên NDĐ trong vùng là

chuyển đổi hình thức khai thác riêng lẻ, tự do, không kiểm soát được sang

hình thức khai thác nước tập trung. Khai thác nước tập trung sẽ giúp cho các

nhà quản lý điều chỉnh, khống chế lưu lượng khai thác tùy thuộc vào diễn biến

mực nước trong vùng và cân đối với nhu cầu sử dụng của nhân dân.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận 1) Cấu trúc địa chất móng trước Kainozoi rất phức tạp, các hệ thống đứt gãy

chủ đạo theo hướng TB-ĐN và ĐB-TN đã chia móng thành các khối nâng hạ

khác nhau. Hệ thống các đứt đóng vai trò là hệ thống kênh dẫn nước nhạt từ

các thành tạo Triat và các thành tạo cổ hơn cung cấp cho thấu kính nước nhạt

vùng Nam Định.

2) Trong thời kỳ Kainozoi, vùng nghiên cứu đã trải qua nhiều quá trình xâm

nhập mặn, rửa nhạt theo chu kỳ dao động của nước biển và tiến hóa trầm

tích. Quá trình hình thành thấu kính nước nhạt lần cuối cùng như hiện nay

được bắt đầu xảy ra vào khoảng 4.000 năm BP.

3) Phương pháp ĐVL lỗ khoan xác định hiện trạng phân bố mặn-nhạt theo

chiều thẳng đứng cho kết quả đáng tin cậy với tương quan chặt giữa hàm

lượng Cl- và TDS của nước lỗ rỗng với độ dẫn điện của tầng. Kết quả nghiên

cứu phù hợp với lý thuyết và là cơ sở chắc chắn cho việc xác định hiện trạng

mặn-nhạt trong các thể địa chất bão hòa nước nói chung và lớp thấm nước

yếu nguồn gốc biển nói riêng.

4) Sử dụng phương pháp trường chuyển kết hợp với các phương pháp ĐCTV

xác định hiện trạng phân bố mặn-nhạt TCN Pleistocen vùng Nam Định là

phù hợp với điều kiện ĐCTV của vùng, cho kết quả đáng tin cậy. Đây là nghiên cứu cơ bản trong việc định hướng nghiên cứu xác định các cơ chế

xâm nhập mặn thấu kính nước nhạt.

5) Xâm nhập mặn theo phương thẳng đứng do ảnh hưởng của lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển bị chi phối bởi sự thay đổi của tính thấm. Ở những nơi

24

lớp trầm tích biển có hệ số thấm lớn (K ≥10-7m/s) thì quá trình phân dị trọng

lực xảy ra và hệ số thấm càng lớn thì vai trò của quá trình này càng chiếm ưu

thế. Những nơi có hệ số thấm nhỏ (K <10-7m/s) thì quá trình khuếch tán phân

tử đóng vai trò chủ đạo, hệ số thấm càng nhỏ thì khuếch tán phân tử càng

chiếm ưu thế.

6) Nguyên nhân chính của xâm nhập mặn theo phương ngang (diễn ra trong

TCN Pleistocen) là do quá trình vận động của nước trong TCN, gây ra bởi

dòng thấm từ vùng nước mặn tới vùng nước nhạt. Quá trình này diễn ra càng

mạnh mẽ khi chênh lệch mực nước trong tầng tăng lên, do nhu cầu khai thác,

sử dụng NDĐ tăng nhanh.

7) Mô hình dòng chảy NDĐ và mô hình dự báo xâm nhập mặn NDĐ TCN

Pleistocen cho kết quả đáng tin cậy hơn khi sử dụng các kết quả tính toán

thông số ĐCTV từ tài liệu hút nước thí nghiệm chùm cũng như kết quả xác

định hiện trạng phân bố mặn-nhạt được áp dụng kết hợp các phương pháp

nghiên cứu khác nhau.

Kiến nghị 1) Cần xác định phân bố của thấu kính nước nhạt cả về diện và chiều sâu ngoài

thềm lục địa, cần có các nghiên cứu chuyên sâu hơn về ĐCTV cũng như các

công tác ĐVL phục vụ điều tra khảo sát ĐCTV.

2) Nghiên cứu và làm sáng tỏ mối liên hệ giữa cấu trúc địa chất, ĐCTV của

vùng phân bố thấu kính nước nhạt và vùng cấp phía tây, tây bắc. Cần xác

định chi tiết hơn nguồn và lưu lượng bổ cập cho thấu kính nước nhạt trên cơ

sở áp dụng phương pháp thả chất chỉ thị ở phía tây, tây bắc vùng Nam Định

và quan trắc trong thời gian dài.

3) Công tác quản lý khai thác NDĐ cần được quan tâm đúng mức, quy hoạch

khai thác sử dụng hợp lý sẽ làm tăng diện sử dụng cũng như khả năng sử

dụng hiệu quả nguồn nước nhạt quý giá này trong vùng.

25

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

1. Hoàng Văn Hoan, Flemming Larsen (2007), Phương pháp xác định độ lỗ hổng hiệu dụng, hệ số thấm của tầng chứa nước và tổng hàm lượng chất rắn hoà tan của nước bằng các phương pháp địa vật lý lỗ khoan. Lấy ví dụ vùng đồng bằng Bắc Bộ, Tạp chí KHKT. Mỏ-Địa chất, số 20, tr 101-107.

2. Hoàng Văn Hoan, Phạm Quý Nhân (2008), Sử dụng phương pháp địa vật lý điện trong Địa chất thủy văn xác định ranh giới mặn/nhạt tầng chứa nước Pleistocene vùng Phố Nối, Hưng Yên, Tạp chí Địa chất, số 305.

3. Trần Vũ Long, Phạm Quý Nhân, Flemming Larsen, Hoàng Văn Hoan (2011), Cơ chế xâm nhập mặn cổ và ảnh hưởng của nó đến sự phân bố ranh giới mặn - nhạt trong các tầng chứa nước trầm tích Đệ tứ vùng Giao Thủy - Nam Định, Tạp chí KHKT. Mỏ - Địa chất, 34, 4/2011, tr 25-34.

4. Luu T. Tran, Flemming Larsen, Nhan Q. Pham, Hoan V. Hoang, et al. (2012), Origin and Extent of Fresh Groundwater, Salty Paleowaters and recent Saltwater Intrusion in Red River Flood Plain Aquifers, Vietnam, Hydrogeology Journal 20.

5. Hoàng Văn Hoan, Phạm Quý Nhân, Flemming Larsen và nnk., (2013), Nghiên cứu nhiễm mặn nước dưới đất trầm tích Đệ Tứ khu vực cửa sông ven biển tỉnh Nam Định bằng phương pháp trường chuyển, Tạp chí Địa chất, số 334.

6. Hoàng Văn Hoan, Phạm Quý Nhân, Đặng Đức Nhận, Flemming Larsen và nnk. (2013), Nghiên cứu địa chất thủy văn vùng Nam Định bằng kỹ thuật đồng vị, Tạp chí Các khoa học về trái đất, số 35(2), tr 120-129.

7. Nguyễn Văn Lâm, Nguyễn Thị Thanh Thủy, Hoàng Văn Hoan (2006), Tính toán sự dịch chuyển ranh giới mặn - nhạt của nước ngầm tầng chứa nước qp Hải Triều, Tiên Lữ, Hưng Yên, Báo cáo HNKH lần thứ 17 ĐH Mỏ - Địa chất.

8. Hoang V. H, Lassen R, Larsen F., et al. (2009), Mapping of fresh and saline groundwater in coastal aquifers in the Nam Dinh province (Vietnam) by electrocal and transient electromagnetic soundings, 1st APCAMM, Thailand.

9. Hoan V. Hoang, Nhan Q. Pham, Flemming Larsen, et al. (2011), Processes Controlling High Saline Groundwater in the Nam Dinh Province, Vietnam, 2nd APCAMM October 18-21, 2011, Jeju, Korea.

10. Luu T. TRAN, Flemming LARSEN, Hoan V. HOANG et al. (2011), Scenarios for distribution of different saline groundwater types in the Red River floodplain, Vietnam, 2nd APCAMM October, 2011, Jeju, Korea.

11. Flemming Larsen, Pham Quy Nhan, Tran Thi Luu, Tran Vu Long, Hoang Van Hoan (2012), Processes controlling the presence of of salty (paleo) groundwater in the Red River flood plain, SWIM 2012, June 17-22, Brazil.

12. Hoàng Văn Hoan, Phạm Quý Nhân, Flemming Larsen, Trần Vũ Long, Nguyễn Thế Chuyên, Trần Thị Lựu (2012), Ảnh hưởng của quá trình khuếch tán tới sự phân bố độ mặn của nước lỗ rỗng trong lớp trầm tích biển tuổi Đệ tứ khu vực Nam Định, Báo cáo hội nghị khoa học lần thứ 20, ĐH Mỏ - Địa chất, Hà Nội.

13. Wagner, F., Ludwig, R. R., Noell, U., Hoang, H. V., Pham, N. Q., et al. (2012), Genesis of economic relevant fresh groundwater resources in Pleistocene/Neogen aquifers in Nam Dinh (Red River Delta, Vietnam), EGU 12, European Geosciences Union, April, 2012, Vienna, Austria.

14. Christoph Gerber, Roland Purtschert, Flemming Larsen, Hoan V. Hoang, et al. (2013), 39Ar groundwater dating of a coastal aquifer in the Nam Dinh Province, Vietnam EGU 13, European Geosciences Union, Vienna, Austria.